IJEIS, Vol.1 No.1, April, 2011
Prototipe Meter Daya Digital Berbasis Mikrokontroler
ATMEGA8535
T. Widiana dan A. Harjoko
Abstrak— Dalam bisnis persewaan kamar, biaya tambahan yang umum dibebankan oleh pemilik kamar sewa kepada penyewa kamar adalah biaya listrik. Biaya tambahan ini ditentukan berdasarkan jumlah dan jenis peralatan yang dimiliki oleh penyewa kamar. Perhitungan biaya listrik dengan cara ini kemudian tidak efektif apabila penyewa kamar membawa banyak peralatan eletronik namun jarang dipakai karena biaya listrik yang dibayarkan menjadi lebih mahal dari seharusnya.
Berdasarkan alasan diatas maka dibuatlah prototipe WH meter (meter daya) digital berbasis mikrokontroler ATMega 8535 untuk menghitung dan menginformasikan jumlah daya yang dikonsumsi. Sistem ini menggunakan mikrokontroler ATMega 8535 sebagai pengendali utama, toroid sebagai sensor arus, transformator sebagai sensor tegangan dan LCD sebagai penampil. Alat bekerja pada tegangan PLN 220 Volt dengan frekuensi 50 Hz
Meter daya yang dibuat diuji untuk mengukur lampu berdaya 25 Watt, 40 Watt, 60 Watt, 75 Watt dan 100 Watt selama masing-masing satu jam. Nilai ralat terbesar adalah pada lampu berdaya 40 watt dengan nilai X = 31,43 ± 0,52 WH. Sementara untuk ralat terkecil didapat pada lampu dengan daya 60 watt dengan nilai = 65,42 ± 0,24 ) WH. Faktor ralat paling besar adalah 23,13 % yang terukur pada lampu dengan daya 25 watt .Faktor ralat terkecil terukur pada lampu dengan daya 75 watt sebesar 11,83 %.
Kata Kunci— ATMega8535, sensor arus, sensor tegangan
1. PENDAHULUAN
alam bisnis persewaan kamar, biaya tambahan yang umum dibebankan oleh pemilik kamar sewa kepada penyewa kamar adalah biaya listrik. Biaya tambahan ini ditentukan berdasarkan jumlah dan jenis peralatan yang dimiliki oleh penyewa kamar.
Tia Widiana, Program Studi Elektronika dan Instrumentasi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Gadjahmada Yogyakarta
Agus Harjoko, Elektronika dan Instrumentasi, Jurusan Ilmu Komputer dan Elektronika, Fakultas MIPA, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta, email: [email protected]
Perhitungan biaya listrik dengan cara ini
kemudian tidak efektif apabila
penyewa kamar membawa banyak peralatan eletronik namun jarang dipakai karena biaya listrik yang dibayarkan menjadi lebih mahal dari yang seharusnya. Untuk itu diperlukan sebuah WH meter digital yang dapat menginformasikan jumlah pasti mengenai banyaknya tagihan listrik per kamar. WH meter akan menghitung jumlah daya yang dikonsumsi oleh tiap kamar.
Meter daya ini memanfaatkan komponen sensor arus, sensor tegangan, mikrokontroler ATMega 8535 dan LCD 2x16 sebagai penampil. Mikrokontroler ATMega 8535 digunakan untuk memproses keluaran dari sensor arus dan sensor tegangan, yang hasilnya kemudian ditampilkan di layar LCD. Sensor arus dan sensor tegangan dikalikan dengan menggunakan program yang di unggah ke dalam mikrokontroler ATMega 8535.
2. PERANCANGANSISTEM
Proses perancangan sistem merupakan bagian terpenting karena akan menentukan seperti apa alat akan dibuat.
Perancangan sistem akan dibagi menjadi :
1. Perancangan perangkat keras
2. Perancangan perangkat lunak
Gambar 1. Blok Diagram Sistem
Blok diagram sistem ditunjukkan pada gambar 1. Beban dihubungkan dengan tegangan PLN 220 V dan WH meter. Sensor arus dan sensor tegangan pada WH mendeteksi arus dan tegangan
D
pada beban. Nilai dari sensor diteruskan ke ADC mikrokontroler ATMega8535 kemudian diproses oleh mikrokontroler ATMega8535 dan hasilnya ditampilkan di penampil LCD.
2.1. PERANCANGANPERANGKAT
2.1.1. RANGKAIANMINIMUMMIKROKONTROLER ATMega8535
Mikrokontroler ATMega 8535 sebagai pengendali utama pada Gambar 2 menunjukkan skematik dari minimum mikrokontroler [1].
Gambar 2. Rangkaian Kendali Umum Mikrokontroler ATMega8535
2.1.2. RANGKAIANSENSORTEGANGAN
Rangkaian sensor tegangan, seperti pada Gambar 3, terdiri dari transformator stepdown yang menurunkan tegangan PLN 220 V menjadi 3 V, rangkaian dioda penyearah tegangan filter. Keluaran dari sensor tegangan masuk ke portA.0 mikrokontroler ATMega853 5.
Gambar 3. Rangkaian Sensor Tegangan sensor diteruskan ke ADC mikrokontroler ATMega8535 kemudian diproses mikrokontroler ATMega8535 dan hasilnya
ERANGKATKERAS
IKROKONTROLER 8535 digunakan sebagai pengendali utama pada sistem ini. Gambar 2 menunjukkan skematik dari rangkaian
2. Rangkaian Kendali Umum Mikrokontroler EGANGAN
tegangan, seperti pada terdiri dari transformator stepdown yang menurunkan tegangan PLN 220 V menjadi 3 V, rangkaian dioda penyearah tegangan dan filter. Keluaran dari sensor tegangan masuk ke portA.0 mikrokontroler ATMega853 5.
Gambar 3. Rangkaian Sensor Tegangan.
2.1.3. RANGKAIANSENSORA
Rangkaian sensor arus seperti yang terlihat pada Gambar 4 terdiri dari toroida, rangkaian dioda penyearah tegangan, op
op-amp sebagai pengubah arus ke tegangan dan filter [2,3]. Keluaran dari sensor arus masuk ke portA.3 mikrokontroler ATMega853 5.
Gambar 4. Rangkaian Sensor Arus 2.1.4. RANGKAIANPENAMPIL
Jenis LCD yang digunakan adalah tipe LMB162ADC [4]. Penampil ini mempunyai tampilan 16 karakter dan 2 baris. Rangkaian penampil LCD berfungsi untuk menampilkan lama pemakaian alat WH meter serta jumlah pemakaian energi dapat dilihat di Gambar 5.
Gambar 5. Rangkaian Penampil LCD 2.2. PERANCANGANPERANGKAT
Perancangan perangkat lunak berkaitan dengan jenis IC mikrokontroler yang digunakan
penelitian ini, jenis mikrokontroler yang digunakan adalah AVR ATMega 8535.
meningkatkan hasil yang sebelumnya ARUS
Rangkaian sensor arus seperti yang terlihat pada Gambar 4 terdiri dari toroida, rangkaian dioda penyearah tegangan, op-amp sebagai buffer,
amp sebagai pengubah arus ke tegangan dan . Keluaran dari sensor arus masuk ke portA.3 mikrokontroler ATMega853 5.
Gambar 4. Rangkaian Sensor Arus
ENAMPILLCD
yang digunakan adalah tipe Penampil ini mempunyai tampilan 16 karakter dan 2 baris. Rangkaian penampil LCD berfungsi untuk menampilkan lama pemakaian alat WH meter serta jumlah pemakaian energi dapat dilihat di Gambar 5.
Gambar 5. Rangkaian Penampil LCD.
ERANGKATLUNAK
Perancangan perangkat lunak berkaitan dengan jenis IC mikrokontroler yang digunakan [5]. Pada , jenis mikrokontroler yang digunakan 8535. Penelitian ini meningkatkan hasil yang sebelumnya [6]. Bahasa
IJEIS, Vol.1 No.1, April, 2011
pemrograman yang digunakan adalah bahasa Basic dan menggunakan compiler
AVR yang digunakan utuk mengubah pemrograman menjadi bahasa mesin.
Tahap pertama dalam perancangan progra adalah menyusun flow chart
Program yang dibuat untuk sistem ini tersusun dari program utama yang terdiri dari subrutin Cek, subrutin Tampil dan prosedur
Diagram alir program utama dapat Gambar 6.
Gambar 6. Diagram Alir Program Utama. pemrograman yang digunakan adalah bahasa
compiler
BASCOM-AVR yang digunakan utuk mengubah perintah pemrograman menjadi bahasa mesin.
Tahap pertama dalam perancangan program
flow chart (diagram alir),
dibuat untuk sistem ini tersusun dari program utama yang terdiri dari subrutin Cek, subrutin Tampil dan prosedur looping Timer. Diagram alir program utama dapat dilihat di
Gambar 6. Diagram Alir Program Utama.
Diagram alir subrutin Tampil dapat dilihat pada Gambar 7. Subrutin Tampil ini menampilkan jumlah Watt
konsumsi serta menampilkan lamanya alat digunakan.
Gambar 7. Diagram Alir Subrutin Tampil Diagram alir subrutin Cek dapat dilihat di Gambar 8. Subrutin cek berfungsi untuk menghitung jumlah daya yang terpakai.
Gambar 8. Diagram Alir Subrutin Cek
Diagram alir subrutin Tampil dapat dilihat pada Gambar 7. Subrutin Tampil ini menampilkan jumlah Watt-hour yang di konsumsi serta menampilkan lamanya alat
Gambar 7. Diagram Alir Subrutin Tampil Diagram alir subrutin Cek dapat dilihat di
Subrutin cek berfungsi untuk menghitung jumlah daya yang terpakai.
3. HASILPENGUJIAN 3.1 PENGUJIANSENSORTEGANGAN
Pada Tabel 1. dapat dilihat bahwa tegangan keluaran dari trafo naik dan turun sesuai dengan naik turunnya tegangan PLN. Berdasarkan hasil pengujian ini, sensor tegangan sudah sesuai dengan kebutuhan alat dan dapat digunakan. Tabel 1. Hasil Pengujian Keluaran Sensor Tegangan
3.2 PENGUJIANSENSORARUS
Pengujian sensor arus ini juga dilakukan untuk mengetahui apakah keluaran dari sensor arus mewakili arus beban, dalam hal ini lampu Philips dengan daya yang bervariasi mulai dari 25, 40, 60, 75 dan 100 Watt.
Untuk pengujian sensor arus, multimeter yang digunakan pada pengujian sensor tegangan tidak dapat digunakan untuk pengujian sensor arus karena batas terkecil penghitungan arus adalah milliampere sementara arus yang tercuplik pada sensor arus adalah mikro ampere. Hasil pengujian sensor arus dapat dilihat di Tabel 2.
Tabel 2. Hasil Pengujian Keluaran Sensor Arus
Hasil pengujian alat secara keseluruhan dapat dilihat di Tabel 3 dan Tabel 4. Tabel 3 menunjukkan hasil rata-rata nilai WH.
Tabel 3. Nilai Rata-rata dan Nilai Ralat Rata-rata
Tabel 4. menunjukkan perbandingan perhitungan WH meter dengan nilai teoritisnya.
Tabel 4. Perbandingan Perhitungan WH Meter dengan Nilai Teoritisnya
5. PEMBAHASAN
Dari Tabel 3 didapat nilai ralat terbesar adalah pada lampu berdaya 40 watt dengan nilai X = 31,43 ± 0,52 WH sementara untuk ralat terkecil didapat pada lampu dengan daya 40 watt dengan nilaiX = 65,42 ± 0,24 WH.
Sementara dari Tabel 4 dapat dilihat bahwa sebagai sebuah instrumen pengukur, alat WH meter digital ini memiliki faktor ralat yang besar. Faktor ralat paling besar adalah 23,13 % yang terukur pada perhitungan lampu dengan daya 25 watt. Sementara faktor ralat terkecil terukur pada perhitungan lampu dengan daya 75 watt sebesar 11,83 %.
Selain masalah kesalahan pemilihan nilai komponen maupun kesalahan pembacaan nilai pada saat pengukuran, sebab utama yang menyebabkan besarnya faktor ralat adalah nilai konstanta yang digunakan untuk mengembalikan nilai ADC dari sensor arus ke nilai arus yang sebenarnya. Konstanta tersebut merupakan rata-rata pelemahan arus dari berbagai variasi nilai daya lampu.
Daya Lampu Tegangan PLN Tegangan Trafo
25 214 V 2,79 V
40 215 V 2,91 V
60 212 V 2,75 V
75 213 V 2,72 V
IJEIS, Vol.1 No.1, April, 2011
5. KESIMPULAN
1. Prototipe WH meter digital ini digunakan untuk mengukur daya per satuan waktu (WH) lampu merk Philips yang memiliki daya masing-masing 25, 40, 60, 75 dan 100 watt. 2. Nilai ralat terbesar adalah pada lampu berdaya
40 watt dengan nilai X = 31,43 ± 0,52 WH. Sementara untuk ralat terkecil didapat pada lampu dengan daya 40 watt dengan nilaiX = 65,42 ± 0,24 WH.
3. Faktor ralat paling besar adalah 23,13 % yang terukur pada perhitungan lampu dengan daya 25 watt. Sementara faktor ralat terkecil terukur pada perhitungan lampu dengan daya 75 watt sebesar 11,83 %.
DAFTARPUSTAKA
[1] Anonim5., 2006, ATMega8535 Data Sheet, Atmel Inc.
http://www.atmel.com.
[2] Anonim3., 2008, Current-to-voltage converter,
Wikipedia. http://en.wikipedia.org/[diakses pada tanggal 2 Juni 2009].
[3] Anonim2., 2002, LM324N Data Sheet, National
Semiconductor. http://www.national.com. [diakses pada tanggal 5 Juni 2009].
[4] Anonim4 ., 2009, LMB162ADC Data
Sheet, Topway.http://www.topwaydisplay.com[diakses pada tanggal 2 Juni 2009].
[5] Wardhana, L., 2006. Mikrokontroler A VR Seri ATMega 8535. Andi, Yogyakarta.
[6] Wicaksono, B. A., 2006. Prototipe Alat Ukur Daya Berbasis Mikrokontroler AT89S52. Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam. Universitas Gadjah Mada. Skripsi
